(57)【要約】【課題】稼働率を低下させることなく、土砂摩耗による水車効率が低下してしまうことを防止すること。【解決手段】本発明の水力機械は、上池から水が上流側端部１ａを経て流入するとともに、下流側端部１ｂに巻き止まり部２５を有する渦巻きケーシング１と、渦巻きケーシング１内に回転自在に配置された主軸３と、渦巻きケーシング１内に配置され、上流側端部１ａから渦巻きケーシング１内に流入する水を案内するガイドベーン７と、渦巻きケーシング１内であって、ガイドベーン７の上流側に配置されたステーベーン２と、主軸３の先端に連結され、ガイドベーン７からの水を受けて回転するランナ４とを備えている。渦巻きケーシング１の下流側には、ランナ４を回転させた水を受けて下池１０へ排出する吸出し管８が連結されている。渦巻きケーシング１の半径方向外方には、入口窓１２ａを介して、渦巻きケーシング１内の水に含まれる土砂を受けて蓄える外周土砂溜り部１１が連結されている。【選択図】図２
2007291882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上池から水が上流側端部を経て流入するとともに、下流側端部に巻き止まり部を有する渦巻きケーシングと、
渦巻きケーシング内に回転自在に配置された主軸と、
渦巻きケーシング内に配置され、上流側端部から渦巻きケーシング内に流入する水を案内するガイドベーンと、
渦巻きケーシング内であって、ガイドベーンの上流側に配置されたステーベーンと、
主軸の先端に連結され、ガイドベーンからの水を受けて回転するランナと、
渦巻きケーシングの下流側に連結され、ランナを回転させた水を受けて下池へ排出する吸出し管と、
渦巻きケーシングの半径方向外方に、入口窓を介して連結され、渦巻きケーシング内の水に含まれる土砂を受けて蓄える外周土砂溜り部と、
を備えたことを特徴とする水力機械。
【請求項２】
上池から水が上流側端部を経て流入するとともに、下流側端部に巻き止まり部を有する渦巻きケーシングと、
渦巻きケーシング内に回転自在に配置された主軸と、
渦巻きケーシング内に配置され、上流側端部から渦巻きケーシング内に流入する水を案内するガイドベーンと、
渦巻きケーシング内であって、ガイドベーンの上流側に配置されたステーベーンと、
主軸の先端に連結され、ガイドベーンからの水を受けて回転するランナと、
渦巻きケーシングの下流側に連結され、ランナを回転させた水を受けて下池へ排出する吸出し管と、
渦巻きケーシングの巻き止まり部に、入口窓を介して連結され、渦巻きケーシング内の水に含まれる土砂を受けて蓄える巻き止まり土砂溜り部と、
を備えたことを特徴とする水力機械。
【請求項３】
上池から水が上流側端部を経て流入するとともに、下流側端部に巻き止まり部を有する渦巻きケーシングと、
渦巻きケーシング内に回転自在に配置された主軸と、
渦巻きケーシング内に配置され、上流側端部から渦巻きケーシング内に流入する水を案内するガイドベーンと、
渦巻きケーシング内であって、ガイドベーンの上流側に配置されたステーベーンと、
主軸の先端に連結され、ガイドベーンからの水を受けて回転するランナと、
渦巻きケーシングの下流側に連結され、ランナを回転させた水を受けて下池へ排出する吸出し管とを備え、
ステーベーンの圧力面であって、水が流入する入口端近傍に、入口窓を介して、渦巻きケーシング内の水に含まれる土砂を受けて蓄えるステーベーン土砂溜り部を設けたことを特徴とする水力機械。
【請求項４】
渦巻きケーシングの巻き止まり部に入口窓を介して連結され、渦巻きケーシング内の水に含まれる土砂を受けて蓄える巻き止まり土砂溜り部をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の水力機械。
【請求項５】
ステーベーンの圧力面であって、水が流入する入口端近傍に、入口窓を介して、渦巻きケーシング内の水に含まれる土砂を受けて蓄えるステーベーン土砂溜り部をさらに備えたことを特徴とする請求項１、２又は４のいずれかに記載の水力機械。
【請求項６】
外周土砂溜り部、巻き止まり土砂溜り部及び／又はステーベーン土砂溜り部の入口窓に、網板が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の水力機械。
【請求項７】
外周土砂溜り部の下方端部、巻き止まり土砂溜り部の下方端部及び／又はステーベーン土砂溜り部の下方端部に、吸出し管又は下池のいずれかに制御弁を介して連結された土砂排出管が設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の水力機械。
【請求項８】
外周土砂溜り部、巻き止まり土砂溜り部及び／又はステーベーン土砂溜り部に、溜まった土砂の量を検出する土砂溜り量検出装置が接続されていることを特徴とする請求項７記載の水力機械。
【請求項９】
土砂溜り量検出装置は、電子重量計、光センサー又はロードセルからなることを特徴とする請求項８記載の水力機械。
【請求項１０】
請求項８又は９のいずれかに記載の水力機械を用いた水力機械運転方法において、
土砂溜り量検出装置からの検出信号を受ける受信工程と、
前記検出信号から、外周土砂溜り部、巻き止まり土砂溜り部及び／又はステーベーン土砂溜り部に溜まった土砂の量が、予め定めた上限量以上になっていると判断されると、当該土砂溜り部に設けられた制御弁を開口する開口工程と、
前記検出信号から、外周土砂溜り部、巻き止まり土砂溜り部及び／又はステーベーン土砂溜り部に溜まった土砂の量が、予め定めた下限量以下になっていると判断されると、当該土砂溜り部に設けられた制御弁を閉鎖する閉鎖工程と、
を備えたことを特徴とする水力機械運転方法。
【請求項１１】
請求項７記載の水力機械を用いた水力機械運転方法において、
時間を測定する時間測定工程と、
時間測定工程で測定された水力機械の運転時間が、予め定めた所定時間を超えると、外周土砂溜り部に設けられた制御弁、巻き止まり土砂溜り部に設けられた制御弁及び／又はステーベーン土砂溜り部に設けられた制御弁を開口する開口工程と、
時間測定工程で測定された制御弁を開口した時間が、予め定めた所定時間が超えると、外周土砂溜り部に設けられた制御弁、巻き止まり土砂溜り部に設けられた制御弁及び／又はステーベーン土砂溜り部に設けられた制御弁を閉鎖する閉鎖工程と、
を備えたことを特徴とする水力機械運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、稼働率の低下及び水車効率の低下を防止する水力機械及び水力機械運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の水力機械の一例として、フランシス水車を用いて以下説明する。
【０００３】
図１６に示すように、従来のフランシス水車は、上池（図示せず）から水が流入する渦巻きケーシング１と、渦巻きケーシング１内に回転自在に配置された主軸３と、渦巻きケーシング１内に配置され、上流側端部から渦巻きケーシング１内に流入する水を案内するガイドベーン７と、渦巻きケーシング１内であって、ガイドベーン７の上流側に配置されたステーベーン２と、主軸３の先端に連結され、ガイドベーン７からの水を受けて回転するランナ４とを備えている。なお、ランナ４は、上カバー５と下カバー６からなるランナ室２７内に配置されている。
【０００４】
また図１６に示すように、渦巻きケーシング１の上流側には、上池から渦巻きケーシング１に水を導く鉄管９が連結され、渦巻きケーシング１の下流側には、ランナ４を回転させた水を受けて下池１０へ排出する吸出し管８が連結されている。なお、主軸３には、電気を生成する発電機（図示せず）が連結されている。
【０００５】
ところで、土砂を多く含む水を用いて発電する場合には、土砂がフランシス水車を構成するランナ４やガイドベーン７等の流路内に流入してしまう。このため、水流速度が早く土砂の運動エネルギーが大きくなるランナ４やガイドベーン７では、この土砂によって土砂摩耗が発生してしまい、ランナ４やガイドベーン７の形状が変形してしまうことがある。そして、このようにランナ４やガイドベーン７の形状が変形してしまうと、水車効率が低下してしまう。
【０００６】
このようなランナ４やガイドベーン７等の流路における土砂摩耗を防止するため、摩耗を受ける部分に耐土砂磨耗材をコーディングする方法（例えば、特許文献１、特許文献２）や、脱着可能なライナを貼り付けて一定期間毎に取り替える方法が提案されている。
【特許文献１】特開平１１−２２６１７
【特許文献２】特開２００５−８９７４２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、これらの方法では、耐土砂磨耗材を補修したり、ライナを取り替えたり必要があるため、一定期間毎に水力機械の稼動を止める必要があり、水力機械の稼働率が低下してしまっている。
【０００８】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、土砂を多く含んだ水を用いて発電する場合でも、稼働率を低下させることなく、土砂摩耗による水車効率が低下してしまうことを防止することができる水力機械、及び当該水力機械を用いた水力機械運転方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上池から水が上流側端部を経て流入するとともに、下流側端部に巻き止まり部を有する渦巻きケーシングと、渦巻きケーシング内に回転自在に配置された主軸と、渦巻きケーシング内に配置され、上流側端部から渦巻きケーシング内に流入する水を案内するガイドベーンと、渦巻きケーシング内であって、ガイドベーンの上流側に配置されたステーベーンと、主軸の先端に連結され、ガイドベーンからの水を受けて回転するランナと、渦巻きケーシングの下流側に連結され、ランナを回転させた水を受けて下池へ排出する吸出し管と、渦巻きケーシングの半径方向外方に、入口窓を介して連結され、渦巻きケーシング内の水に含まれる土砂を受けて蓄える外周土砂溜り部と、を備えたことを特徴とする水力機械である。
【００１０】
本発明は、上池から水が上流側端部を経て流入するとともに、下流側端部に巻き止まり部を有する渦巻きケーシングと、渦巻きケーシング内に回転自在に配置された主軸と、渦巻きケーシング内に配置され、上流側端部から渦巻きケーシング内に流入する水を案内するガイドベーンと、渦巻きケーシング内であって、ガイドベーンの上流側に配置されたステーベーンと、主軸の先端に連結され、ガイドベーンからの水を受けて回転するランナと、渦巻きケーシングの下流側に連結され、ランナを回転させた水を受けて下池へ排出する吸出し管と、渦巻きケーシングの巻き止まり部に入口窓を介して連結され、渦巻きケーシング内の水に含まれる土砂を受けて蓄える巻き止まり土砂溜り部と、を備えたことを特徴とする水力機械である。
【００１１】
本発明は、上池から水が上流側端部を経て流入するとともに、下流側端部に巻き止まり部を有する渦巻きケーシングと、渦巻きケーシング内に回転自在に配置された主軸と、渦巻きケーシング内に配置され、上流側端部から渦巻きケーシング内に流入する水を案内するガイドベーンと、渦巻きケーシング内であって、ガイドベーンの上流側に配置されたステーベーンと、主軸の先端に連結され、ガイドベーンからの水を受けて回転するランナと、渦巻きケーシングの下流側に連結され、ランナを回転させた水を受けて下池へ排出する吸出し管とを備え、ステーベーンの圧力面であって、水が流入する入口端近傍に、入口窓を介して、渦巻きケーシング内の水に含まれる土砂を受けて蓄えるステーベーン土砂溜り部を設けたことを特徴とする水力機械である。
【００１２】
本発明は、上述の水力機械を用いた水力機械運転方法において、土砂溜り量検出装置からの検出信号を受ける受信工程と、前記検出信号から、外周土砂溜り部、巻き止まり土砂溜り部及び／又はステーベーン土砂溜り部に溜まった土砂の量が、予め定めた上限量以上になっていると判断されると、当該土砂溜り部に設けられた制御弁を開口する開口工程と、前記検出信号から、外周土砂溜り部、巻き止まり土砂溜り部及び／又はステーベーン土砂溜り部に溜まった土砂の量が、予め定めた下限量以下になっていると判断されると、当該土砂溜り部に設けられた制御弁を閉鎖する閉鎖工程と、を備えたことを特徴とする水力機械運転方法である。
【００１３】
本発明は、上述の水力機械を用いた水力機械運転方法において、時間を測定する時間測定工程と、時間測定工程で測定された水力機械の運転時間が、予め定めた所定時間を超えると、外周土砂溜り部に設けられた制御弁、巻き止まり土砂溜り部に設けられた制御弁及び／又はステーベーン土砂溜り部に設けられた制御弁を開口する開口工程と、時間測定工程で測定された制御弁を開口した時間が、予め定めた所定時間が超えると、外周土砂溜り部に設けられた制御弁、巻き止まり土砂溜り部に設けられた制御弁及び／又はステーベーン土砂溜り部に設けられた制御弁を閉鎖する閉鎖工程と、を備えたことを特徴とする水力機械運転方法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、水に含まれる土砂を効率よく回収することができるため、稼働率を低下させることなく、土砂摩耗によって水車効率が低下してしまうことを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
第１の実施の形態
以下、本発明に係る水力機械の第１の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、図１乃至図５は本発明の第１の実施の形態を示す図である。本願では、水力機械としてフランシス水車を用いて、以下説明する。
【００１６】
図１及び図２に示すように、フランシス水車は、上池（図示せず）から水が上流側端部１ａを経て流入するとともに、下流側端部１ｂに巻き止まり部２５を有する渦巻きケーシング１と、渦巻きケーシング１内に回転自在に配置された主軸３と、渦巻きケーシング１内に配置され、上流側端部１ａから渦巻きケーシング１内に流入する水を案内するガイドベーン７と、渦巻きケーシング１内であって、ガイドベーン７の上流側に配置されたステーベーン２と、主軸３の先端に連結され、ガイドベーン７からの水を受けて回転するランナ４とを備えている。なお、図２は、本実施の形態によるフランシス水車の水平断面図であるが、ガイドベーン７より上流側に位置する部位のみを示している。
【００１７】
また図１に示すように、渦巻きケーシング１の上流側には、上池から渦巻きケーシング１に水を導く鉄管９が連結されている。また、渦巻きケーシング１の下流側には、ランナ４を回転させた水を受けて下池１０へ排出する吸出し管８が連結されている。なお図２に示すように、渦巻きケーシング１内には、水が流れる流路２９が形成されている。
【００１８】
図１に示すように、ランナ４は、上カバー５と下カバー６からなるランナ室２７内に配置されている。なお、このランナ室２７は、渦巻きケーシング１内に配置されている。また、主軸３には、電気を生成する発電機（図示せず）が連結されている。
【００１９】
また、図２に示すように、渦巻きケーシング１の半径方向外方には、入口窓１２ａを介して、複数の外周土砂溜り部１１が連結されている。
【００２０】
この外周土砂溜り部１１は、図３に示すように、渦巻きケーシング１内の水に含まれる土砂が流入する入口窓１２ａ及びこの入口窓１２ａを介して流入された土砂を受ける土砂当て板１３を有する土砂受け部３１と、土砂受け部３１の下方に連結された土砂貯蔵部１４とを有している。なお、外周土砂溜り部１１は閉鎖されたボックスになっており、外周土砂溜り部１１の外部に水が流れ出ることはない。
【００２１】
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について述べる。
【００２２】
最初に、フランシス水車内における水の流れについて説明する。
【００２３】
まず、上池から鉄管９内に水が導かれる（図１参照）。
【００２４】
次に、鉄管９を通過した水は、上流側端部１ａを経て渦巻きケーシング１内に流入される（図１及び図２参照）。
【００２５】
次に、渦巻きケーシング１内に流入した水は、ステーベーン２を経て、ガイドベーン７に達し、このガイドベーン７によってランナ４へと案内される（図１及び図２参照）。
【００２６】
そして、ランナ４へ案内された水は、ランナ４を主軸３周りで回転させた後、吸出し管８を介して下池１０へ排出される。このとき、主軸３に連結された発電機が駆動され、電気を生成する（図１参照）。
【００２７】
次に図４及び図５を用いて、上述した工程のうち、上流側端部１ａを経て渦巻きケーシング１内に流入した水の流れと、この水に含まれる土砂の流れについて説明する。
【００２８】
図４に示すように、渦巻きケーシング１内に流入された水と、水に含まれる土砂は、遠心力を受けながら渦巻きケーシング１の流路２９に沿って流れる。
【００２９】
ここで、一般的に、土砂の密度は水の密度と比べて大きいので、土砂に加わる遠心力は、水に加わる遠心力よりも大きくなる。このため、土砂と水は各々、渦巻きケーシング１内で異なる軌道で流れる。すなわち、土砂は、水と比較して、渦巻きケーシング１の半径方向外方側に向かって流れる。このため、多くの土砂が、渦巻きケーシング１の半径方向外方側に連結された外周土砂溜り部１１に流入する。（図４参照）。
【００３０】
ところで、外周土砂溜り部１１は、図５に示すように、閉鎖されたボックスからなっており、水が渦巻きケーシング１から外周土砂溜り部１１の外部へ流れることはない。このため、外周土砂溜り部１１内は死水領域となっており、新たな水が流入することはない。これに対して、上述のように土砂の密度は水の密度と比べ大きいので、土砂には水よりも大きな慣性力が働く。このため、渦巻きケーシング１内の流路２９を曲がりきれない土砂のみが、入口窓１２ａを介して外周土砂溜り部１１に流入するので、土砂を効率よく回収することができる。
【００３１】
なお、入口窓１２ａを介して外周土砂溜り部１１に流入した土砂は、図５に示すように、土砂受け部３１の土砂当て板１３に当って、その速度が減速された後、土砂貯蔵部１４に落下する。
【００３２】
これらのことより、図２に示すように、渦巻きケーシング１の半径方向外方に複数の外周土砂溜り部１１を連結することによって、渦巻きケーシング１内の水に含まれる土砂のみを、効率よく外周土砂溜り部１１内に導き、回収することができる。このため、フランシス水車の稼働率を低下させることなく、土砂摩耗による水車効率が低下してしまうことを防止することができる。
【００３３】
第２の実施の形態
次に図６により本発明の第２の実施の形態について説明する。図６に示す第２の実施の形態は、渦巻きケーシング１の巻き止まり部２５に、入口窓１２ｂを介して巻き止まり土砂溜り部１６を連結したものであり、他は図１乃至図５に示す第１の実施の形態と略同一である。
【００３４】
図６に示す第２の実施の形態において、図１乃至図５に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。図６は、本実施の形態によるフランシス水車の水平断面図であるが、ガイドベーン７より上流側に位置する部位のみを示している。
【００３５】
小さな土砂粒子に働く遠心力は小さいため、このような小さな土砂粒子は、渦巻きケーシング１の半径方向外方に向かって流れず、上述のような渦巻きケーシング１の半径方向外方に連結された外周土砂溜り部１１によっても回収できないことが考えられる。
【００３６】
そしてこのような小さな土砂粒子のほとんどは、渦巻きケーシング１の巻き止まり部２５を経由してステーベーン２に流入する。このため、渦巻きケーシング１の巻き止まり部２５に、巻き止まり土砂溜り部１６を連結することによって、このような小さな土砂粒子を確実に回収することができる。
【００３７】
よって、渦巻きケーシング１内の水に含まれる土砂をより確実に回収することができ、土砂摩耗による水車効率の低下を確実に防止することができる。なお、巻き止まり土砂溜り部１６は、図３及び図５に示した外周土砂溜り部１１と略同一な構造になっている。
【００３８】
第３の実施の形態
次に図７及び図８により本発明の第３の実施の形態について説明する。図７及び図８に示す本発明の第３の実施の形態は、ステーベーン２の圧力面２ａであって、水が流入する入口端２ｅ近傍に、入口窓１２ｃを介して、渦巻きケーシング１内の水に含まれる土砂を受けて蓄えるステーベーン土砂溜り部１７を設けたものであり、他は図６に示す第２の実施の形態と略同一である。
【００３９】
図７及び図８に示す第３の実施の形態において、図６に示す第２の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。なお図７は、本実施の形態によるフランシス水車の水平断面図であるが、ガイドベーン７より上流側に位置する部位のみを示している。
【００４０】
図７及び図８に示すように、ステーベーン土砂溜り部１７は、ステーベーン２の圧力面２ａに形成された凹部からなり、凹部の開口端が入口窓１２ｃを構成している。
【００４１】
上述した第２の実施の形態における外周土砂溜り部１１及び巻き止まり土砂溜り部１６によっても、完全に土砂を回収することは困難であり、僅かながら回収できない土砂が生じることも考えられる。
【００４２】
一般的に土砂の密度は水の密度より大きいため、土砂に働く慣性力は、水に働く慣性力よりも大きくなる。このため、回収できない土砂が各ステーベーン２間に流入する場合には、このような土砂は、ステーベーン２の圧力面２ａであって、水が流入する入口端２ｅ近傍に導かれる（図８参照）。
【００４３】
このため、図８に示すように、ステーベーン２の圧力面２ａの入口端２ｅ近傍にステーベーン土砂溜り部１７を設けることによって、土砂を効率よく回収することができる。この結果、渦巻きケーシング１内の水に含まれる土砂をさらに確実に回収することができ、土砂摩耗による水車効率の低下をさらに確実に防止することができる。
【００４４】
第４の実施の形態
次に図９及び図１０により本発明の第４の実施の形態について説明する。図９及び図１０に示す本発明の第４の実施の形態は、外周土砂溜り部１１の入口窓１２ａに網板１８ａを設け、巻き止まり土砂溜り部１６の入口窓１２ｂに網板１８ｂを設け、ステーベーン土砂溜り部１７の入口窓１２ｃに網板１８ｃを設けたものであり、他は図７及び図８に示す第３の実施の形態と略同一である。
【００４５】
図９及び図１０に示す第４の実施の形態において、図７及び図８に示す第３の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４６】
渦巻きケーシング１内には、水に含まれたビニール等のゴミや木片が混入することがある。これらのゴミや木片によって、フランシス水車内の流路（ガイドベーン７やランナ４等）が傷つられることはないが、これらのゴミや木片が、外周土砂溜り部１１、巻き止まり土砂溜り部１６及びステーベーン土砂溜り部１７内で詰まってしまうことが考えられる。
【００４７】
このため、図９及び図１０に示すように、外周土砂溜り部１１の入口窓１２ａに網板１８ａを設け、巻き止まり土砂溜り部１６の入口窓１２ｂに網板１８ｂを設け、ステーベーン土砂溜り部１７の入口窓１２ｃに網板１８ｃを設けることによって、外周土砂溜り部１１、巻き止まり土砂溜り部１６及びステーベーン土砂溜り部１７内にゴミや木片などが入り込み、詰まることを防止することができる。この結果、外周土砂溜り部１１、巻き止まり土砂溜り部１６及びステーベーン土砂溜り部１７における土砂の回収効率を維持することができる。
【００４８】
なお、網板１８ａ，１８ｂ，１８ｃに引っ掛かったゴミや木片は、フランシス水車内を流れる水によって随時流されていくので、外周土砂溜り部１１、巻き止まり土砂溜り部１６及びステーベーン土砂溜り部１７における土砂の回収効率が下がることはない。
【００４９】
第５の実施の形態
次に図１１乃至図１３により本発明の第５の実施の形態について説明する。図１１乃至図１３に示す本発明の第５の実施の形態において、外周土砂溜り部１１の下方端部１１ｂに、制御弁１９を介して吸出し管８に連結された土砂排出管２０が設けられている。また、巻き止まり土砂溜り部１６の下方端部１６ｂに、制御弁１９を介して吸出し管８に連結された土砂排出管２０が設けられ、ステーベーン土砂溜り部１７の下方端部１７ｂに、制御弁１９を介して吸出し管８に連結された土砂排出管２０が設けられている。また図１３に示すように、各制御弁１９には、制御弁１９の開閉を制御する制御部３５が接続されており、この制御部３５は、時間を測定する時間測定部３９を有している。その他の構成は、図９及び図１０に示す第４の実施の形態と略同一である。
【００５０】
図１１乃至図１３に示す第５の実施の形態において、図９及び図１０に示す第４の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５１】
外周土砂溜り部１１、巻き止まり土砂溜り部１６及びステーベーン土砂溜り部１７に蓄えられる土砂の量は、上限があり、土砂の量が所定量以上になると新たな土砂を回収することができなくなる。
【００５２】
このため、図１１及び図１３に示すように、外周土砂溜り部１１の下方端部１１ｂに、制御弁１９を介して吸出し管８に連結された土砂排出管２０を設け、巻き止まり土砂溜り部１６の下方端部１６ｂに、制御弁１９を介して吸出し管８に連結された土砂排出管２０を設けるとともに、ステーベーン土砂溜り部１７の下方端部１７ｂにも、同様に制御弁１９を介して吸出し管８に連結された土砂排出管２０を設けることによって、外周土砂溜り部１１、巻き止まり土砂溜り部１６及びステーベーン土砂溜り部１７に溜まった土砂を適宜、外部へ排出することができる。
【００５３】
この結果、外周土砂溜り部１１、巻き止まり土砂溜り部１６及びステーベーン土砂溜り部１７における土砂の回収効率を、半永久的に維持することができる。
【００５４】
また、制御弁１９を設けることによって、最適な時期にのみ土砂を外部へ排出することができる。このため、土砂とともに水が排出されることによって発生する漏れ損失を低く抑えることができ、高い水車効率を維持することができる。
【００５５】
次に、本実施の形態のフランシス水車の運転方法の一例を、図１２及び１３を用いて説明する。なお、外周土砂溜り部１１に設けられた制御弁１９を制御する方法と、巻き止まり土砂溜り部１６に設けられた制御弁１９を制御する方法と、ステーベーン土砂溜り部１７に設けられた制御弁１９を制御する方法とは、略同様となっている。このため、外周土砂溜り部１１に設けられた制御弁１９を制御する方法についてのみ、以下詳細に説明する。
【００５６】
フランシス水車を運転している間、制御部３５の時間測定部３９は、時間を測定し続ける（時間測定工程４１）（図１２及び図１３参照）。
【００５７】
そして、時間測定部３９で、測定されたフランシス水車の運転時間が予め定めた所定時間を超えた判断されると、制御部３５が外周土砂溜り部１１に設けられた制御弁１９を開口する（開口工程４２ａ）（図１２及び図１３参照）。
【００５８】
次に、時間測定部３９で、制御弁１９を開口した時間が予め定めた所定時間が超えたと判断されると、制御部３５が外周土砂溜り部１１に設けられた制御弁１９を閉鎖する（閉鎖工程４３ａ）（図１２及び図１３参照）。
【００５９】
この後は、上述した工程を繰り返して行う。
【００６０】
第６の実施の形態
次に図１４及び図１５により本発明の第６の実施の形態について説明する。図１４及び図１５に示す本発明の第６の実施の形態は、外周土砂溜り部１１、巻き止まり土砂溜り部１６及びステーベーン土砂溜り部１７の各々に設けられた制御弁１９の制御方法を変えたものであり、他は、図１１乃至図１３に示す第５の実施の形態と略同一である。
【００６１】
すなわち、図１４に示すように、外周土砂溜り部１１、巻き止まり土砂溜り部１６及びステーベーン土砂溜り部１７の各々に、溜まった土砂の量を検出する土砂溜り量検出装置３６が接続されている。また、各土砂溜り量検出装置３６には、制御部３５が接続され、この制御部３５には、外周土砂溜り部１１、巻き止まり土砂溜り部１６及びステーベーン土砂溜り部１７の各々に対応する制御弁１９が接続されている。なお、土砂溜り量検出装置３６としては、電子重量計、光センサー又はロードセルを用いることが好ましい。
【００６２】
図１４及び図１５に示す第６の実施の形態において、図１１乃至図１３に示す第５の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６３】
本実施の形態では、各土砂溜り量検出装置３６を用いて、外周土砂溜り部１１、巻き止まり土砂溜り部１６及びステーベーン土砂溜り部１７に溜まった土砂の量を、各々検出することができる。このため、外周土砂溜り部１１、巻き止まり土砂溜り部１６及びステーベーン土砂溜り部１７に溜まった土砂の量を、より正確に検出することができる。
【００６４】
このため、より最適な時期にのみ土砂を外部へ排出することができるので、土砂排出管２０から土砂とともに排出される水の量を抑えることができる。この結果、水を排出することによる漏れ損失を最小限に抑えることができ、水車効率をより高い値で維持することができる。
【００６５】
次に、本実施の形態のフランシス水車の運転方法の一例を、図１４及び図１５を用いて説明する。外周土砂溜り部１１に設けられた制御弁１９を制御する方法と、巻き止まり土砂溜り部１６に設けられた制御弁１９を制御する方法と、ステーベーン土砂溜り部１７に設けられた制御弁１９を制御する方法は、略同様となっている。このため、外周土砂溜り部１１に設けられた制御弁１９を制御する方法についてのみ、以下詳細に説明する。
【００６６】
フランシス水車を運転している間、制御部３５は、外周土砂溜り部１１に接続された土砂溜り量検出装置３６からの検出信号を断続的に受ける（受信工程５１）。
【００６７】
そして、制御部３５において、土砂溜り量検出装置３６から受ける検出信号から、外周土砂溜り部１１に溜まった土砂の量が予め定めた上限量以上になっていると判断されると、制御部３５が、外周土砂溜り部１１に設けられた制御弁１９を開口する（開口工程４２ｂ）。
【００６８】
次に、制御部３５において、土砂溜り量検出装置３６から受ける検出信号から、外周土砂溜り部１１に溜まった土砂の量が予め定めた下限量以下になっていると判断されると、制御部３５が、外周土砂溜り部１１に設けられた制御弁１９を閉鎖する（閉鎖工程４３ｂ）。
【００６９】
この後は、上述した工程を繰り返して行う。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明による水力機械の第１の実施の形態を示す縦断面図。
【図２】本発明による水力機械の第１の実施の形態を示す水平断面図。
【図３】本発明による水力機械の第１の実施の形態の外周土砂溜り部を示す斜視図。
【図４】本発明による水力機械の第１の実施の形態の水の流れと土砂の流れを示す水平断面図。
【図５】本発明による水力機械の第１の実施の形態を水の流れと土砂の流れを示す斜視図。
【図６】本発明による水力機械の第２の実施の形態を示す水平断面図。
【図７】本発明による水力機械の第３の実施の形態を示す水平断面図。
【図８】本発明による水力機械の第３の実施の形態のステーベーンを示す概略断面図。
【図９】本発明による水力機械の第４の実施の形態の外周土砂溜り部及び巻き止まり土砂溜り部を示す斜視図。
【図１０】本発明による水力機械の第４の実施の形態のステーベーン土砂溜り部を示す斜視図。
【図１１】本発明による水力機械の第５の実施の形態を示す縦断面図。
【図１２】本発明による水力機械の第５の実施の形態の運転方法を説明する図。
【図１３】本発明による水力機械の第５の実施の形態の制御部と制御弁との関係を説明する図。
【図１４】本発明による水力機械の第６の実施の形態を示す概略図。
【図１５】本発明による水力機械の第６の実施の形態の運転方法を説明する図。
【図１６】従来の水力機械を説明する縦断面図。
【符号の説明】
【００７１】
１  渦巻きケーシング
１ａ  上流側端部
１ｂ  下流側端部
２  ステーベーン
３  主軸
４  ランナ
７  ガイドベーン
８  吸出し管
１０  下池
１１  外周土砂溜り部
１１ｂ  外周土砂溜り部の下方端部
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ  入口窓
１６  巻き止まり土砂溜り部
１６ｂ  巻き止まり土砂溜り部の下方端部
１７  ステーベーン土砂溜り部
１７ｂ  ステーベーン土砂溜り部の下方端部
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ  網板
１９  制御弁
２０  土砂排出管
２５  巻き止まり部
３５  制御部
３６  土砂溜り量検出装置
４１  時間測定工程
４２ａ，４２ｂ  開口工程
４３ａ，４３ｂ  閉鎖工程
５１  受信工程
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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